程海峰，張 巖，焦榮惠，佟 雷

（1.中國空間技術(shù)研究院 通信衛(wèi)星事業(yè)部；2.北京東方計(jì)量測試研究所：北京 100094）

0 引言

目前，整星電纜網(wǎng)在星上的導(dǎo)通測試，是由測試人員按照星上電纜網(wǎng)接點(diǎn)表，將串聯(lián)了蜂鳴器的導(dǎo)線兩端分別插入到兩個(gè)電連接器的相應(yīng)點(diǎn)上，若蜂鳴器鳴響，則說明這兩個(gè)點(diǎn)導(dǎo)通。整星電纜網(wǎng)在星上的絕緣測試，是由測試人員按照星上電纜網(wǎng)接點(diǎn)表，每次將星上一個(gè)電連接器通過轉(zhuǎn)接電纜連接到地面的轉(zhuǎn)接盒上，再用絕緣表測量電連接器上每一個(gè)點(diǎn)和其他所有點(diǎn)的絕緣情況，以及電連接器上所有點(diǎn)與衛(wèi)星地和電連接器外殼之間的絕緣情況。

手工測試不但人力成本和時(shí)間成本都很高，且只能給出定性的測試結(jié)果，測試的準(zhǔn)確性也不穩(wěn)定。為此，需要研制整星低頻電纜網(wǎng)自動測試儀，以實(shí)現(xiàn)電纜網(wǎng)導(dǎo)通絕緣狀態(tài)的自動測試。

1 功能要求

電纜網(wǎng)自動測試儀應(yīng)能夠?qū)⑿巧想娎|網(wǎng)格式（見表1）導(dǎo)入到上位機(jī)進(jìn)行解析，進(jìn)行導(dǎo)通測試時(shí)，由上位機(jī)自動選擇電纜號和電連接器代號，同時(shí)對5 個(gè)電連接器之間的連接點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)通測試；進(jìn)行絕緣測試時(shí)，上位機(jī)選中1 個(gè)電連接器，并自動對電連接器內(nèi)部存在的并聯(lián)點(diǎn)進(jìn)行識別，控制內(nèi)部開關(guān)的切換，實(shí)現(xiàn)自動測試。測試數(shù)據(jù)的記錄、判讀均由上位機(jī)自動完成。

系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如下：

1）系統(tǒng)供電。蓄電池供電，電壓為250 V，同時(shí)保留交流220 V/50Hz 電源供電的接口。

2）導(dǎo)通測試。要求可以同時(shí)對5 個(gè)電連接器之間的導(dǎo)通進(jìn)行測試，滿足目前星上電纜網(wǎng)電連接器接點(diǎn)要求。

3）絕緣測試。要求可以對1 個(gè)電連接器的絕緣進(jìn)行自動測試，包含電連接器全部接點(diǎn)對電連接器外殼和衛(wèi)星地的絕緣情況。

表1 星上電纜網(wǎng)格式 Table1 The format of satellite cable network 電纜號：XXX

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 總體技術(shù)方案

星上電纜網(wǎng)自動測試儀主要由導(dǎo)通電阻測試單元、絕緣電阻測試單元、恒壓源單元、恒流源單元、數(shù)據(jù)采集單元和繼電器切換矩陣等組成（如 圖1所示）。

圖1 電纜網(wǎng)自動測試儀總體框圖 Fig.1 The outline of cable test instrument

導(dǎo)通測試中，恒流源單元通過繼電器、測試接口插針向被測電纜提供一個(gè)已知的穩(wěn)定電流，由導(dǎo)通電阻測試單元測量被測電纜上的壓降后，即可計(jì)算出被測電纜的導(dǎo)通電阻值。絕緣測試中，恒壓源單元產(chǎn)生的直流高壓通過繼電器和測試接口的插針施加在被測電纜的1 根芯線上，由絕緣電阻測試單元測量被測芯線與其他芯線漏電流之和后，即可計(jì)算出該芯線和其他芯線間的絕緣電阻值。

2.1.1 導(dǎo)通電阻測量

導(dǎo)通電阻阻值較小，一般采用四線法測量，以消除測試線纜引入的誤差，其電路原理如圖2所示。設(shè)被測星上電纜的阻值為Rx，4 根測量導(dǎo)線的電阻分別為R1、R2、R3和R4；Ⅰs為恒流源輸出電流，故流過Rx的電流也為Ⅰs；測量端屬于高阻狀態(tài)，故可認(rèn)為測量端的電壓Um等于Rx兩端的電壓UR，因此Rx的阻值為

圖2 四線法測量電阻原理 Fig.2 The resistance measurement by the law of four lines

以測試分支1 和分支3 兩個(gè)連接器第6 個(gè)接點(diǎn)間的電纜芯線導(dǎo)通電阻為例：芯線連接到分支1 連接器的一端，通過繼電器JA6 和繼電器JV1 接至恒流源的高端；芯線連接到分支3 連接器的一端，通過繼電器JD6 和繼電器JV2 接至恒流源的低端。當(dāng)JA6、JV1、JD6、JV2 全部閉合時(shí)，構(gòu)成一個(gè)電流通路（圖3中紅色粗實(shí)線所示），恒流源輸出的恒定電流流過被測芯線，產(chǎn)生一定壓降。四線法中測量信號回路應(yīng)該與主回路分開，因此該被測電纜芯線連接到分支1 連接器的一端，通過繼電器JB6 和繼電器JS1 連接到信號采集的高端；連接到分支3 連接器的一端，通過繼電器JC6 和繼電器JS2 連接到信號采集的低端，當(dāng)JB6、JS1、JC6、JS2 全部閉合時(shí)，構(gòu)成另一信號采集回路（圖3中藍(lán)色虛線所示），芯線上的壓降施加到放大器輸入端，經(jīng)調(diào)理和放大后連接至AD 數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元將測量數(shù)據(jù)上傳至主控單元。

圖3 導(dǎo)通電阻測試時(shí)電纜芯線間切換的原理 Fig.3 The principle of the cable core line switch for conduction test

2.1.2 絕緣電阻測量

圖4 絕緣電阻測試原理圖 Fig.4 The schematic diagram of insulation test

目前絕緣電阻最常用的測試方法是直流放大 法，通過測量標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓，并根據(jù)直流分壓原理計(jì)算出絕緣接點(diǎn)間的電阻，其測量原理如圖4所示。其中：Rz為電連接器中某一點(diǎn)和其他所有點(diǎn)之間的絕緣電阻；RF為標(biāo)準(zhǔn)電阻；Uout為標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓；Uin為測試輸入電壓，按照星上電纜網(wǎng)絕緣測試電壓的要求，設(shè)定Uin=250 V。那么， 以測試分支1 連接器第6 個(gè)接點(diǎn)與其他接點(diǎn)間的絕緣電阻為例：設(shè)第6 根芯線的一端經(jīng)過繼電器JA6 和繼電器JV1 連接到恒壓源的高端（圖5中紅色粗實(shí)線所示），從而使該芯線整體電位提升至設(shè)定電壓值；將分支1 的其他芯線通過對應(yīng)繼電器 JB1～JBn（除JB6 外）和JS1 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電阻（未畫出）連接至恒壓源的低端（圖5中藍(lán)色虛線所示），則其他芯線整體為低電勢。被測芯線和其他芯線間將產(chǎn)生微弱的漏電流，通過采集標(biāo)準(zhǔn)電阻上的壓降，即可計(jì)算出絕緣電阻阻值。

圖5 絕緣電阻測試時(shí)電纜芯線間切換的原理 Fig.5 The principle of the cable core line switch for insulation test

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

星上電纜網(wǎng)自動測試儀的上位機(jī)與測試儀主控單元通過通信接口相連接，上位機(jī)可以發(fā)送用戶命令、接收返回?cái)?shù)據(jù)、設(shè)置測量參數(shù)等。上位機(jī)軟件將接收到的測量數(shù)據(jù)處理后，以清晰、簡潔的方式顯示給用戶。軟件為中文操作界面，提供便捷的參數(shù)及功能設(shè)置窗口，能夠?qū)y量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和比對，創(chuàng)建和輸出統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)測量報(bào)告。

根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)和使用需求，為了便于軟件的設(shè)計(jì)、調(diào)試、修改和集成，測量軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，將各種功能封裝為不同的功能模塊。以各個(gè)模塊為核心，根據(jù)測試流程詳細(xì)設(shè)計(jì)、靈活組合，可以實(shí)現(xiàn)完整的測試功能。

上位機(jī)軟件主要包括參數(shù)配置、項(xiàng)目測試、結(jié)果比對3 個(gè)功能模塊，它們的具體功能如圖6所示。

圖6 上位機(jī)功能模塊圖 Fig.6 The function block diagram of the computer

2.2.1 參數(shù)配置模塊

參數(shù)配置模塊用來進(jìn)行3 類數(shù)據(jù)的配置。第1類數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包含本機(jī)IP 地址、設(shè)備IP 地址和設(shè)備端口，用來進(jìn)行與下位機(jī)的連接；第2 類數(shù)據(jù)是測試數(shù)據(jù)，包含導(dǎo)通參數(shù)、絕緣參數(shù)、導(dǎo)通比對參數(shù)、絕緣比對參數(shù)，用來在測試時(shí)使用；第3類數(shù)據(jù)是保存路徑數(shù)據(jù)，用來設(shè)置保存數(shù)據(jù)的默認(rèn)地址。

2.2.2 項(xiàng)目測試模塊

項(xiàng)目測試模塊可以進(jìn)行3 項(xiàng)測試，第1 項(xiàng)是導(dǎo)入接點(diǎn)表測試，主要作用是可以讓用戶手動導(dǎo)入符合特定格式的接點(diǎn)表，以接點(diǎn)表中的內(nèi)容為依據(jù)進(jìn)行導(dǎo)通以及絕緣測試；第2 項(xiàng)是自學(xué)習(xí)測試，用戶通過對所接電纜的自學(xué)習(xí)可以得到電纜內(nèi)部接點(diǎn)的連接關(guān)系；第3 項(xiàng)是手動測試，可以讓用戶對所關(guān)心的接點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)測試。

2.2.3 結(jié)果比對模塊

結(jié)果比對模塊以項(xiàng)目測試模塊中生成的導(dǎo)通或者絕緣文件為輸入，將不同時(shí)間、相同電纜號的導(dǎo)通文件或相同電連接器的絕緣文件進(jìn)行比對，可以找出兩個(gè)文件中的差異，方便用戶對不同時(shí)間的測試結(jié)果進(jìn)行分析。

3 測試介紹

進(jìn)行電纜網(wǎng)測試時(shí)，應(yīng)針對星上電纜網(wǎng)電連接器的型號準(zhǔn)備相應(yīng)的地面電纜，從自動測試儀引出5 條地面電纜，分別和星上電纜網(wǎng)的5 個(gè)電連接器進(jìn)行對接（如圖7所示）。

圖7 整星低頻電纜網(wǎng)測試連接示意圖 Fig.7 The diagram of satellite cable network measurement

導(dǎo)通測試時(shí)，上位機(jī)通過解析電纜網(wǎng)接點(diǎn)表格式，對5 個(gè)電連接器之間的接點(diǎn)連接進(jìn)行導(dǎo)通測試。針對星上電纜網(wǎng)某個(gè)電連接器在電纜的不同分支，導(dǎo)通測試時(shí)，每個(gè)電連接器需要插接多次。

絕緣測試時(shí)，按照整星低頻電纜網(wǎng)接點(diǎn)表格式，對1 個(gè)電連接器的全部接點(diǎn)進(jìn)行絕緣測試。在后續(xù)該電連接器在電纜的不同分支出現(xiàn)時(shí)，上位機(jī)提示該電連接器絕緣測試已完成，避免出現(xiàn)多次測量。

4 結(jié)束語

整星低頻電纜網(wǎng)自動測試儀實(shí)現(xiàn)了整星電纜網(wǎng)導(dǎo)通絕緣自動測試，具有友好的人機(jī)界面以及數(shù)據(jù)的自動記錄保存和比對功能，測試方法簡單，易于操作，便于攜帶。該產(chǎn)品所用的測試轉(zhuǎn)接電纜和目前手動測試使用的轉(zhuǎn)接電纜可以兼容，能夠?qū)崿F(xiàn)各種型號電纜和電連接器的導(dǎo)通絕緣測試。

（References）

[1] 譚維熾,胡金剛.航天器系統(tǒng)工程[M].北京: 中國科學(xué)技術(shù)出版社,2009

[2] 褚桂柏.宇航技術(shù)概論[M].北京: 航空工業(yè)出版社,2001

[3] 劉傳璽,王以忠,袁照平.自動檢測技術(shù)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2012

[4] 陳科山,王燕.現(xiàn)代測試技術(shù)[M].北京: 北京大學(xué)出版社,2011

[5] 張佳薇.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社,2011

[6] 蘇建軍,鄭永豐,于功敬,等.便攜式電纜測試儀的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制,2006,14(11): 1585-1588 Su Jianjun,Zheng Yongfeng,Yu Gongjing,et al.Design of portable cable test apparatus[J].Computer Measurement ＆Control,2006,14(11): 1585-1588

[7] 李飛,趙偉,鄭華山.自動多功能電纜測試儀的設(shè)計(jì)[J].航天制造技術(shù),2012,10(5): 39-41 Li Fei,Zhao Wei,Zheng Huashan.Design of auto multifunctional cable test apparatus[J].Aerospace Manufacturing Technology,2012,10(5): 39-41

[8] 李健.智能型電纜測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2010,33(23): 141-144 Li Jian.Design and implementation of intelligent test system for cables[J].Modern Electronics Technique,2010,33(23): 141-144

[9] 閔海波,王仕成,張金生,等.導(dǎo)彈絕緣電阻快速自動化測試儀研制[J].自動化儀表,2006,27(10): 61-63 Min Haibo,Wang Shicheng,Zhang Jinsheng,et al.Research and development of a rapid automatic test instrument insulation resistance for missile[J].Process Automation Instrumentation,2006,27(10): 61-63

[10] 尹剛.國產(chǎn)化高可靠多路絕緣電阻測試儀[J].航天控制,2005,23(4): 61-63 Yin Gang.Homemade high reliability multicenter insulative-sistance conner[J].Aerospace Control,2005,23(4): 61-63